WO2023050531A1 - 一种梯度绝缘部件的制备方法 - Google Patents
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Definitions
- a method for preparing a gradient insulation component uses a topology optimization method to calculate the common spatial optimization target of the electrical conductivity and the dielectric constant inside the structure of the gradient insulation component; respectively calculates the optimal distribution of the conductivity and the dielectric constant optimal distribution; obtain the high dielectric region with high conductivity and high dielectric constant, and calculate the uniform permittivity value and uniform conductivity value of the high dielectric region; according to the uniform permittivity value and the The uniform conductivity value determines the amount of filler added in the preparation material in the high dielectric area, the preparation of the high dielectric part is completed, and the remaining low insulation area of the insulating part is prepared by vacuum casting.
- the method can quickly optimize the gradient insulation structure for suppressing local electric field distortion, can adapt to working occasions under different voltages, can realize precise control of the preparation of gradient insulation components, and the insulation effect of the manufactured gradient insulation components is better.
- the high dielectric part is fixed in the metal mold, and vacuum casting is used to complete the preparation of the remaining low insulation area of the insulating part.
- the precise control of the preparation of the gradient insulation part can be realized, and the insulation effect of the manufactured gradient insulation part is better.
- the preset area specifically includes: a preset local area or the gas-solid interface of the gradient insulation component;
- step S2 specifically includes:
- An average value of the dielectric constant in the high dielectric region is calculated according to the optimal distribution of the dielectric constant as the uniform dielectric constant value.
- the region in the optimal distribution of conductivity whose conductivity is greater than the first preset value is regarded as a high conductivity region
- the first preset value can be preset as a specific value of the conductivity exceeding 90% of the optimal distribution of the conductivity, so that the region with the highest conductivity of 10% is selected as the high value by the first preset value.
- step S4 specifically includes:
- Table 2 uses unmodified single-walled carbon nanotubes as fillers, photosensitive resins as preparation materials, and different proportions of fillers corresponding to the material properties of the composite slurry:
- Table 2 The material properties table of different proportions of fillers (unmodified single-walled carbon nanotubes) and composite slurry:
- the prepared high-dielectric part is fixed in the metal mold, and vacuum casting is used to complete the manufacture of the remaining low-dielectric parts of the insulation structure, and the production of the gradient insulation part is completed.
Abstract
一种梯度绝缘部件的制备方法，通过采用拓扑优化方法计算所述梯度绝缘部件结构内部的电导率和介电常数共同的空间优化目标；分别计算电导率最优分布和介电常数最优分布；获取高电导率和高介电常数的高介电区域，并计算所述高介电区域的均匀介电常数值和均匀电导率值；根据所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值确定所述高介电区域中的制备材料中填料的添加量，完成所述高介电部分的制备，采用真空浇注手段完成绝缘部件剩余的低绝缘区域的制备。该方法能够快速优化出用于抑制局部电场畸变的梯度绝缘结构，并能够适应不同电压作用下的工作场合，能够实现梯度绝缘部件制备的精确控制，制造的梯度绝缘部件的绝缘效果更好。
Description
本发明涉及高电压设备制造技术领域，尤其涉及一种梯度绝缘部件的制备方法。
输变电系统由一系列电气设备组成，在输变电系统中，绝缘部件起到了隔离电位、支撑导体的作用。绝缘结构的设计，需要考虑到设备所在系统中可能出现的各种电压、保护装置的特性，来确定设备必要的耐电强度，以便把作用于设备上的各种电压所引起的设备绝缘损坏和影响连续运行的概率降低至在经济上和运行上均能耐受的水平。现有工程中使用的绝缘结构大多为材料特性均匀的匀质绝缘，因此，在输变电系统中存在局部电场畸变问题。过高的场强易引发局部放电，工程中使用的特性均匀的匀质绝缘在长期运行过程中容易导致绝缘事故发生，引发设备失效乃至出现系统故障。针对局部电场畸变问题，功能梯度材料(Functionally Graded Materials，FGM)为解决这一问题提供了新模式和新途径。功能梯度材料是指性能在某个或多个维度方向上连续或准连续变化的非均质复合材料。
现有的梯度绝缘部件制备方法大致可分为三类：叠层法、离心法以及3D打印方法。但现有的制备方法的可控性较差，制备产品的绝缘效果不佳。
发明内容
本发明实施例提供一种梯度绝缘部件的制备方法，能够实现梯度绝缘部件制备的精确控制，制造的梯度绝缘部件的绝缘效果更好。
本发明实施例提供一种梯度绝缘部件的制备方法，所述方法包括：
以降低梯度绝缘部件的预设区域的电场强度为优化目标，采用拓扑优化方 法计算所述梯度绝缘部件结构内部的电导率和介电常数共同的空间优化目标；
根据所述空间优化目标，分别计算所述空间优化目标相对电导率的电导率最优分布和所述空间优化目标相对介电常数的介电常数最优分布；
取所述电导率最优分布中的高电导率区域和所述介电常数最优分布中高介电常数区域的交集，得到高介电区域，并计算所述高介电区域的均匀介电常数值和均匀电导率值；
根据所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值确定所述高介电区域中的制备材料中填料的添加量，完成所述高介电部分的制备；
将所述高介电部分固定于金属模具中，采用真空浇注手段完成绝缘部件剩余的低绝缘区域的制备。
优选地，所述预设区域具体包括：预设的局部区域或所述梯度绝缘部件的气固界面处；
所述以降低梯度绝缘部件的预设区域的电场强度为优化目标，采用拓扑优化方法计算所述梯度绝缘部件结构内部的电导率和介电常数共同的空间优化目标，具体包括
以降低所述局部区域或所述气固界面处的电场强度为优化目标，采用拓扑优化方法中的水平集算法求解所述梯度绝缘部件结构内部的介电常数和电导率共同的空间优化目标f；
其中，
Ω为所述梯度绝缘部件的电场积分项的计算区域，Ω
1为介电参数设计可行区域，Ω
2为预设的第一优化目标区域，Ω
3为预设的第二优化目标区域，C
ref为电场积分项中优化分量的归一化参数，r为二维轴对称坐标系下的横坐标，z为二维轴对称坐标系下的纵坐标，E为所述第一优化目标区域内的电场强度，E
mean为所述第二优化目标区域内的平均电场强度，(r,z)∈Ω
1；
所述空间优化目标f的电场强度关于介电常数ε
ri和电导率σ
ri的约束条件包括：
其中，ε
ri、ε
max和ε
min分别为将所述介电参数设计可行区域Ω
1进行网格划分后第i个网格内的介电常数、介电常数变化的上限以及介电常数下限，σ
ri、σ
max和σ
min分别为第i个网格内的电导率、电导率变化的上限以及电导率下限，m为边界曲线形状控制系数，ρ
i为第i个网格内的密度，A为介电梯度区域的面积大小。
进一步地，所述根据所述空间优化目标，分别计算所述空间优化目标相对电导率的电导率最优分布和所述空间优化目标相对介电常数的介电常数最优分布，具体包括：
在电导率保持不变的情况下，改变介电常数的分布，根据所述空间优化目标，获得介电常数优化分布；
在获得的最优的介电常数优化分布的基础上，保持介电常数不变，改变电导率的分布，根据所述空间优化目标，获得最优的电导率优化分布；
根据获得的最优的电导率优化分布，保持电导率不变，改变介电常数的分布，根据所述空间优化目标，获得最优的介电常数优化分布，并在获得的最优的介电常数优化分布的基础上，保持介电常数不变，改变电导率的分布，根据所述空间优化目标，获得最优的电导率优化分布；循环获取电导率优化分布和介电常数优化分布的过程预设次数，以最新获得的电导率优化分布作为所述电导率最优分布，以最新获得的介电常数优化分布作为所述介电常数最优分布。
作为一种优选方案，所述取所述电导率最优分布中的高电导率区域和所述介电常数最优分布中高介电常数区域的交集，得到高介电区域，并计算所述高介电区域的均匀介电常数和均匀电导率，具体包括：
将所述电导率最优分布中电导率大于第一预设值的区域作为高电导率区域；
将所述介电常数最优分布中介电常数大于第二预设值的区域作为高介电常数区域；
对所述高电导率区域和所述高介电常数区域取交集，并将取交集后边界不连续的区域以及存在局部尖端的区域采用小圆角过渡，得到所述高介电区域；
根据所述电导率最优分布计算所述高介电区域内电导率的平均值作为所述均匀电导率值；
根据所述介电常数最优分布计算所述高介电区域内介电常数的平均值作为所述均匀介电常数值。
优选地，所述根据所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值确定所述高介电区域中的制备材料中填料的比例，完成所述高介电部分的制备，具体包括：
根据所述填料的材料特性参数、所述制备材料的材料特性参数、所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值计算所述填料的比例；
将表面羟基改性的单壁碳纳米管作为所述填料按照所述比例加入到制备材料中作为复合浆料；
采用光固化3D打印复合浆料，完成所述高介电部分的制备。
本发明提供的一种梯度绝缘部件的制备方法，通过采用拓扑优化方法计算所述梯度绝缘部件结构内部的电导率和介电常数共同的空间优化目标；分别计算电导率最优分布和介电常数最优分布；获取高电导率和高介电常数的高介电区域，并计算所述高介电区域的均匀介电常数值和均匀电导率值；根据所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值确定所述高介电区域中的制备材料中填料的添加量，完成所述高介电部分的制备，采用真空浇注手段完成绝缘部件剩余的低绝缘区域的制备。本方法能够快速优化出用于抑制局部电场畸变的梯度绝缘结构，并能够适应不同电压作用下的工作场合，能够实现梯度绝缘部件制备的精确控制，制造的梯度绝缘部件的绝缘效果更好。
图1是本发明实施例提供的一种梯度绝缘部件的制备方法。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种梯度绝缘部件的制备方法，参见图1，是本发明实施例提供的一种梯度绝缘部件的制备方法的流程示意图，所述方法包括步骤S1～S5：
S1，以降低梯度绝缘部件的预设区域的电场强度为优化目标，采用拓扑优化方法计算所述梯度绝缘部件结构内部的电导率和介电常数共同的空间优化目标；
S2，根据所述空间优化目标，分别计算所述空间优化目标相对电导率的电导率最优分布和所述空间优化目标相对介电常数的介电常数最优分布；
S3，取所述电导率最优分布中的高电导率区域和所述介电常数最优分布中高介电常数区域的交集，得到高介电区域，并计算所述高介电区域的均匀介电常数值和均匀电导率值；
S4，根据所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值确定所述高介电区域中的制备材料中填料的添加量，完成所述高介电部分的制备；
S5，将所述高介电部分固定于金属模具中，采用真空浇注手段完成绝缘部件剩余的低绝缘区域的制备。
在本实施例具体实施时，通过以降低梯度绝缘部件的预设区域的电场强度为优化目标，采用拓扑优化方法求解梯度绝缘部件内部电场强度关于介电常数和电导率的共同的空间优化目标，其中，梯度绝缘部件内部电场强度表征内部电场的畸变情况，电场强度为介电常数和电导率的函数，受介电常数和电导率 的影响；
根据得到的电场强度的空间优化目标，分别计算所述空间优化目标相对电导率的电导率最优分布和所述空间优化目标相对介电常数的介电常数最优分布；
计算所述电导率最优分布中的高电导率区域，计算所述介电常数最优分布中高介电常数区域，取两者的交集，得到高介电区域；并根据所述电导率最优分布和所述介电常数最优分布计算所述高介电区域的均匀介电常数值和均匀电导率值；
根据所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值确定所述高介电区域中的制备材料中填料的添加量，完成所述高介电部分的制备；
将所述高介电部分固定于金属模具中，采用真空浇注手段完成绝缘部件剩余的低绝缘区域的制备。
本发明实施例提供的一种梯度绝缘部件的制备方法，通过以降低梯度绝缘部件的预设区域的电场强度为优化目标，采用拓扑优化方法计算所述梯度绝缘部件结构内部的电导率和介电常数共同的空间优化目标；根据所述空间优化目标，分别计算所述空间优化目标相对电导率的电导率最优分布和所述空间优化目标相对介电常数的介电常数最优分布；取所述电导率最优分布中的高电导率区域和所述介电常数最优分布中高介电常数区域的交集，得到高介电区域，并计算所述高介电区域的均匀介电常数值和均匀电导率值；根据所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值确定所述高介电区域中的制备材料中填料的添加量，完成所述高介电部分的制备；将所述高介电部分固定于金属模具中，采用真空浇注手段完成绝缘部件剩余的低绝缘区域的制备。能够实现梯度绝缘部件制备的精确控制，制造的梯度绝缘部件的绝缘效果更好。
在本发明提供的又一实施例中，所述预设区域具体包括：预设的局部区域或所述梯度绝缘部件的气固界面处；
所述步骤S1具体包括：
以降低所述局部区域或所述气固界面处的电场强度为优化目标，采用拓扑 优化方法中的水平集算法求解所述梯度绝缘部件结构内部的介电常数和电导率共同的空间优化目标f；
其中，
Ω为所述梯度绝缘部件的电场积分项的计算区域，Ω
1为介电参数设计可行区域，Ω
2为预设的第一优化目标区域，Ω
3为预设的第二优化目标区域，C
ref为电场积分项中优化分量的归一化参数，r为二维轴对称坐标系下的横坐标，z为二维轴对称坐标系下的纵坐标，E为所述第一优化目标区域内的电场强度，E
mean为所述第二优化目标区域内的平均电场强度，(r,z)∈Ω
1；
所述空间优化目标f的电场强度关于介电常数ε
ri和电导率σ
ri的约束条件包括：
其中，ε
ri、ε
max和ε
min分别为将所述介电参数设计可行区域Ω
1进行网格划分后第i个网格内的介电常数、介电常数变化的上限以及介电常数下限，σ
ri、σ
max和σ
min分别为第i个网格内的电导率、电导率变化的上限以及电导率下限，m为边界曲线形状控制系数，ρ
i为第i个网格内的密度，A为介电梯度区域的面积大小。
在本实施例具体实施时，设计变量介电常数和电导率为所述空间优化目标的变量，以降低梯度绝缘部件的局部区域或气固界面处的电场强度为优化目标，采用拓扑优化方法中的水平集算法先后求解绝缘结构内部介电常数和电导率共同的空间优化目标f。
其中，
Ω为所述梯度绝缘部件的电场积分项的计算区域，Ω
1为介电参数设计可行区域，Ω
2为预设的第一优化目标区域，Ω
3为预设的第二优化目标区域，C
ref为电场积分项中优化分量的归一化参数，r为二维轴对称坐标系下的横坐标，z为二维轴对称坐标系下的纵坐标，E为所述第一优化目标区域内的电场强度，E
mean为所述第二优化目标区域内的平均电场强度，(r,z)∈Ω
1。
进一步的，将所述介电参数设计可行区域Ω
1进行网格划分，空间优化目标f的电场强度关于介电常数ε
ri和电导率σ
ri的约束条件包括：
其中，ε
ri、ε
max以及ε
min分别为第i个网格内的介电常数、介电常数变化的上限以及介电常数下限；σ
ri、σ
max以及σ
min分别为第i个网格内的电导率、电导率变化的上限以及电导率下限；m为边界曲线形状控制系数，ρ
i为第i个网格内的密度，A为介电梯度区域的面积大小。
通过拓扑优化中的水平集算法，将设计的梯度绝缘部件的区域离散化，通过建立电导率与介电常数与优化目标的数学模型，能够快速优化出用于抑制局部电场畸变的梯度绝缘部件的内部结构，通过优化目标能够实现对梯度绝缘部件制备的精确控制。
在本发明提供的又一实施例中，所述步骤S2具体包括：
在电导率保持不变的情况下，改变介电常数的分布，根据所述空间优化目标，获得介电常数优化分布；
在获得的最优的介电常数优化分布的基础上，保持介电常数不变，改变电导率的分布，根据所述空间优化目标，获得最优的电导率优化分布；
在电导率分布不变的情况下，优化介电常数空间分布；在优化得到的介电常数分布的基础上，优化电导率空间分布；反复执行此过程若干次后获得介电常数和电导率的最优空间分布。
采用了介电常数以及电导率交替优化的迭代方法，使得优化后的梯度绝缘部件的绝缘特性更加准确，能够适应不同电压作用下的工作场合，适用于交流电压条件下的介电常数梯度绝缘部件，且适应直流电压条件下的电导率梯度绝缘部件。
在本发明提供的又一实施例中，所述步骤S3具体包括：
将所述电导率最优分布中电导率大于第一预设值的区域作为高电导率区域；
将所述介电常数最优分布中介电常数大于第二预设值的区域作为高介电常数区域；
对所述高电导率区域和所述高介电常数区域取交集，并将取交集后边界不连续的区域以及存在局部尖端的区域采用小圆角过渡，得到所述高介电区域；
根据所述电导率最优分布计算所述高介电区域内电导率的平均值作为所述均匀电导率值；
根据所述介电常数最优分布计算所述高介电区域内介电常数的平均值作为所述均匀介电常数值。
在本实施例具体实施时，将所述电导率最优分布中电导率大于第一预设值的区域作为高电导率区域；
将所述介电常数最优分布中介电常数大于第二预设值的区域作为高介电常数区域；
所述第一预设值可预设为超过所述电导率最优分布中90％的电导率的一具体值，以通过所述第一预设值选择导电率最高的10％的区域作为高电导率区域；
所述第二预设值可预设为超过所述介电常数最优分布中90％的介电常数的一具体值，以通过所述第二预设值选择介电常数最高的10％的区域作为高介电常数区域；
需要说明的是，所述第一预设值和所述第一预设值也可为一定值，用来选择高电导率区域和高介电常数区域；
对所述高电导率区域和所述高介电常数区域取交集，并将取交集后边界不连续的区域以及存在局部尖端的区域采用小圆角过渡，得到所述高介电区域，以保证所述高介电区域中不存在电场畸变点。
根据所述电导率最优分布计算所述高介电区域内电导率的平均值作为所述均匀电导率值；
根据所述介电常数最优分布计算所述高介电区域内介电常数的平均值作为所述均匀介电常数值。
在本发明提供的又一实施例中，所述步骤S4具体包括：
根据所述填料的材料特性参数、所述制备材料的材料特性参数、所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值计算所述填料的比例；
将表面羟基改性的单壁碳纳米管作为所述填料按照所述比例加入到制备材料中作为复合浆料；
采用光固化3D打印复合浆料，完成所述高介电部分的制备。
在本实施具体实施时，以表面羟基改性的单壁碳纳米管作为填料，以光敏树脂作为制备材料；
根据所述填料的材料特性参数、所述制备材料的材料特性参数、所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值计算所述填料的比例，通过改变复合浆料中填料的比例来改变复合浆料的材料特性，所述材料特性包括：粘度、打印过程中的固化深度、成型后材料的介电常数、成型后材料的电导率以及成型后材料的拉伸强度；
表1是以表面羟基改性的单壁碳纳米管作为填料，以光敏树脂作为制备材料，通过不同比例的填料对应复合浆料的材料特性的表格：
表1 不同比例的填料(表面羟基改性的单壁碳纳米管)与复合浆料的材料特性表格：
采用表面羟基改性的单壁碳纳米管作为填料与未改性多壁碳纳米管作为填料相比，相同质量分数下使用表面羟基改性的单壁碳纳米管，具有更低的复合浆料粘度、更高的复合浆料固化深度、更宽的介电常数和电导率变化范围以及更强的拉伸强度。
表2是以未改性的单壁碳纳米管作为填料，以光敏树脂作为制备材料，通过不同比例的填料对应复合浆料的材料特性的表格：
表2 不同比例的填料(未改性的单壁碳纳米管)与复合浆料的材料特性表格：
将表面羟基改性的单壁碳纳米管作为所述填料按照所述比例加入到制备材料中作为复合浆料；
采用光固化3D打印复合浆料，完成所述梯度绝缘部件的高介电部分的制备。
将制备好的高介电部分固定于金属模具中，采用真空浇注手段完成绝缘结构剩余的低介电部件的制造，完成梯度绝缘部件的制作。
采用表面羟基改性单壁碳纳米管作为填料，一方面能够实现材料介电常数和电导率的同步调控，另一方面相较于其他功能性填料具有更加优异的加工性能以及材料强度。采用3D打印制备高介电制件，一方面能够快速实现复杂优化结构的快速、高精度的生产制造，另一方面聚合物材料本身与支撑绝缘子所用 聚合物相容性好，界面粘结强度高。
本发明提供的一种梯度绝缘部件的制备方法，通过以降低梯度绝缘部件的预设区域的电场强度为优化目标，采用拓扑优化方法计算所述梯度绝缘部件结构内部的电导率和介电常数共同的空间优化目标；根据所述空间优化目标，分别计算所述空间优化目标相对电导率的电导率最优分布和所述空间优化目标相对介电常数的介电常数最优分布；取所述电导率最优分布中的高电导率区域和所述介电常数最优分布中高介电常数区域的交集，得到高介电区域，并计算所述高介电区域的均匀介电常数值和均匀电导率值；根据所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值确定所述高介电区域中的制备材料中填料的添加量，完成所述高介电部分的制备；将所述高介电部分固定于金属模具中，采用真空浇注手段完成绝缘部件剩余的低绝缘区域的制备。采用的拓扑优化中的水平集算法，将设计区域离散化，通过建立电导率与介电常数的优化目标，能够快速优化出用于抑制局部电场畸变的梯度绝缘结构，采用了介电常数以及电导率交替优化的迭代方法，使得优化后的绝缘结构能够适应不同电压作用下的工作场合。采用表面羟基改性单壁碳纳米管作为填料，能够实现材料介电常数和电导率的同步调控，并且具有更加优异的加工性能以及材料强度。实现梯度绝缘部件的快速、高精度的制备。本发明提供的梯度绝缘部件的制备方法能够实现梯度绝缘部件制备的精确控制，制造的梯度绝缘部件的绝缘效果更好。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
- 一种梯度绝缘部件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：以降低梯度绝缘部件的预设区域的电场强度为优化目标，采用拓扑优化方法计算所述梯度绝缘部件结构内部的电导率和介电常数共同的空间优化目标；根据所述空间优化目标，分别计算所述空间优化目标相对电导率的电导率最优分布和所述空间优化目标相对介电常数的介电常数最优分布；取所述电导率最优分布中的高电导率区域和所述介电常数最优分布中高介电常数区域的交集，得到高介电区域，并计算所述高介电区域的均匀介电常数值和均匀电导率值；根据所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值确定所述高介电区域中的制备材料中填料的添加量，完成所述高介电部分的制备；将所述高介电部分固定于金属模具中，采用真空浇注手段完成绝缘部件剩余的低绝缘区域的制备。
- 如权利要求1所述的梯度绝缘部件的制备方法，其特征在于，所述预设区域具体包括：预设的局部区域或所述梯度绝缘部件的气固界面处；所述以降低梯度绝缘部件的预设区域的电场强度为优化目标，采用拓扑优化方法计算所述梯度绝缘部件结构内部的电导率和介电常数共同的空间优化目标，具体包括以降低所述局部区域或所述气固界面处的电场强度为优化目标，采用拓扑优化方法中的水平集算法求解所述梯度绝缘部件结构内部的介电常数和电导率共同的空间优化目标f；其中，Ω为所述梯度绝缘部件的电场积分项的计算区域，Ω 1为介电参数设计可行区域，Ω 2为预设的第一优化目标区域， Ω 3为预设的第二优化目标区域，C ref为电场积分项中优化分量的归一化参数，r为二维轴对称坐标系下的横坐标，z为二维轴对称坐标系下的纵坐标，E为所述第一优化目标区域内的电场强度，E mean为所述第二优化目标区域内的平均电场强度，(r,z)∈Ω 1；
所述空间优化目标f的电场强度关于介电常数ε ri和电导率σ ri的约束条件包括：
其中，ε ri、ε max和ε min分别为将介电参数设计可行区域Ω 1进行网格划分后第i个网格内的介电常数、介电常数变化的上限以及介电常数下限，σ ri、σ max和σ min分别为第i个网格内的电导率、电导率变化的上限以及电导率下限，m为边界曲线形状控制系数，ρ i为第i个网格内的密度，A为介电梯度区域的面积大小。 - 如权利要求2所述的梯度绝缘部件的制备方法，其特征在于，所述根据所述空间优化目标，分别计算所述空间优化目标相对电导率的电导率最优分布和所述空间优化目标相对介电常数的介电常数最优分布，具体包括：在电导率保持不变的情况下，改变介电常数的分布，根据所述空间优化目标，获得介电常数优化分布；在获得的最优的介电常数优化分布的基础上，保持介电常数不变，改变电导率的分布，根据所述空间优化目标，获得最优的电导率优化分布；根据获得的最优的电导率优化分布，保持电导率不变，改变介电常数的分布，根据所述空间优化目标，获得最优的介电常数优化分布，并在获得的最优的介电 常数优化分布的基础上，保持介电常数不变，改变电导率的分布，根据所述空间优化目标，获得最优的电导率优化分布；循环获取电导率优化分布和介电常数优化分布的过程预设次数，以最新获得的电导率优化分布作为所述电导率最优分布，以最新获得的介电常数优化分布作为所述介电常数最优分布。
- 如权利要求1所述的梯度绝缘部件的制备方法，其特征在于，所述取所述电导率最优分布中的高电导率区域和所述介电常数最优分布中高介电常数区域的交集，得到高介电区域，并计算所述高介电区域的均匀介电常数和均匀电导率，具体包括：将所述电导率最优分布中电导率大于第一预设值的区域作为高电导率区域；将所述介电常数最优分布中介电常数大于第二预设值的区域作为高介电常数区域；对所述高电导率区域和所述高介电常数区域取交集，并将取交集后边界不连续的区域以及存在局部尖端的区域采用小圆角过渡，得到所述高介电区域；根据所述电导率最优分布计算所述高介电区域内电导率的平均值作为所述均匀电导率值；根据所述介电常数最优分布计算所述高介电区域内介电常数的平均值作为所述均匀介电常数值。
- 如权利要求1所述的梯度绝缘部件的制备方法，其特征在于，所述根据所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值确定所述高介电区域中的制备材料中填料的比例，完成所述高介电部分的制备，具体包括：根据所述填料的材料特性参数、所述制备材料的材料特性参数、所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值计算所述填料的比例；将表面羟基改性的单壁碳纳米管作为所述填料按照所述比例加入到制备材料中作为复合浆料；采用光固化3D打印复合浆料，完成所述高介电部分的制备。
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